1、第二章 金剛石工具制造的 粉末冶金基礎(chǔ),粉末冶金是以粉末為原材料，經(jīng)過壓制、成形為壓坯，然后在物料主要組元熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)，使之成為具有一定強(qiáng)度和形狀的制品。 自從人造金剛石生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、人造金剛石工具在多個工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用以來，粉末冶金方法已成為制造金剛石工具最有效、應(yīng)用最普遍的方法之一。 粉末冶金法在金剛石工具制造中具有舉足輕重的作用。,應(yīng)用粉末冶金方法制造金剛石工具的突出優(yōu)點(diǎn)是：,(4) 通過采用特殊的工藝和設(shè)備，例如熱壓、電火花燒結(jié)和擠壓法等能夠制造出性能優(yōu)異、形狀復(fù)雜的金 剛石工具。,(1) 可以將金剛石工具制造成各種所要求的復(fù)雜形狀， 無需加工。,(2) 可以方便地調(diào)節(jié)

2、工具的胎體成分，使工具本身具有 不同的性能。胎體料的選擇廣泛，從金屬合金粉、 陶瓷粉到非金屬有機(jī)材料粉，均可選用。,(3) 只有用粉末冶金方法才能夠?qū)⒔饘俜酆徒饎偸圻@兩種密度和粒度相差較大的材料燒制在一起。,一 金剛石工具的熱固結(jié)及設(shè)備,制造金剛石工具的方法很多，主要有： 粉末冶金燒結(jié)法， 電鍍(鑄)法， 高溫高壓法， 釬焊法， 樹脂粘結(jié)法。 其中應(yīng)用最廣泛的是粉末冶金法。用于生產(chǎn)金剛石工具的粉末冶金方法有： 冷壓燒結(jié)法、 浸漬法、 熱壓法 電火花燒結(jié)法。,一、冷壓燒結(jié)法,將金剛石粉與金屬胎體粉均勻地混合在一起，在模腔內(nèi)進(jìn)行壓制，壓制壓力為588784MPa(68tf/cm2)；然后在馬弗爐

3、內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，為促進(jìn)胎體燒結(jié)及保護(hù)金剛石免受熱損害，多采用還原性或無氧氣氛；燒結(jié)溫度和時間根據(jù)胎體材料成分而定，一般T燒(0.70.8)T熔，式中T熔是胎體材料中主要組元的熔點(diǎn)。保溫時間為12h。,1980年，以色列的古特麥納斯(S.Y.Gutmanas)等提出了金剛石-金屬粘結(jié)復(fù)合材料冷燒結(jié)(Colding sintering)，其特點(diǎn)在于：金剛石與金屬混合粉在室溫下以很高的壓力(約為3.5GPa)進(jìn)行壓制，而后在低于1000的溫度下進(jìn)行熱處理，這可以獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和對金剛石的把持力。其原因是：較大的壓力使粉末產(chǎn)生塑性流動，使壓坯中的殘留孔隙大大減少，相對密度可以達(dá)到98。而冷壓燒結(jié)壓坯的

4、相對密度為8590(成形壓力 P0.6GPa)，這種壓坯在真空、H2或N2中退火后，產(chǎn)生了沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化作用，更由于氮的均勻擴(kuò)散，從而可提高胎體的強(qiáng)度、韌性及對金剛石的把持力。由于金剛石內(nèi)部碳原子向金屬界面擴(kuò)散形成碳化物層，因此改善了金剛石與胎體的粘接力。這種方法生產(chǎn)的復(fù)合體可用于切割鋸片的刀頭。 然而，無論是冷壓燒結(jié)還是冷燒結(jié)，在室溫下的壓制壓力都是相當(dāng)高的，需要大噸位的壓制設(shè)備和高性能的模具材料，尤其是不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜產(chǎn)品，而且生產(chǎn)工序比較多，因此，近年來使用范圍不斷縮小，鑲齒鋸片刀頭的生產(chǎn)已逐步為熱壓法所取代。,三、熱壓法,熱壓法是金剛石工具制造中應(yīng)用最廣泛的方法，由于壓制和燒結(jié)同時

5、進(jìn)行，被認(rèn)為是一種活化燒結(jié)的形式。目前多采用中頻加熱熱壓和電阻加熱熱壓。近年來又發(fā)展了電火花熱壓燒結(jié)法。熱壓法燒結(jié)的特點(diǎn)是： （1）金屬胎體與金剛石粘結(jié)牢固。由于一般合金對金剛石潤濕性能比較差，所以金剛石在胎體中僅有嵌鑲作用，熱壓法是在高溫下借助胎體與硬質(zhì)點(diǎn)的擠壓摩擦和塑性流動，使得胎體十分牢固地把持住金剛石， (2)胎體的性能可以在很大范圍內(nèi)變化。由于壓力和溫度的同時作用，從而減少了對于胎體材料類別與含量的限制，為適應(yīng)不斷變化的加工對象，可以及時地調(diào)整胎體的成分和制造工藝，從而獲得所需要的性能。 (3)燒結(jié)時間短。由于溫度、壓力均比其他生產(chǎn)方法要求得低，保溫時間短。因此可以縮短生產(chǎn)周期，減少

6、對金剛石的熱損害。 總之，由于熱壓法特有的工藝特點(diǎn)，非常宜干生產(chǎn)以圓鋸片、孕鑲塊和地質(zhì)鉆頭為代表的金剛石工具，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)方法。,普通熱壓燒結(jié)法,中頻爐,是將金剛石與骨架胎體材料制成一定密度和形狀的壓坯，使熔融的粘結(jié)金屬依靠毛細(xì)管作用力浸潤并充填到孔隙中去。按浸漬時加不加壓力，分為加壓浸漬法和無壓浸漬法。該法比較適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的制品，骨架材料多為高熔點(diǎn)金屬及其碳化物，故所生產(chǎn)的胎體具有較高的抗磨性。浸漬合金要求能夠同時浸潤和粘接骨架、金剛石及其胎體。浸漬法工藝簡便、實(shí)用，其技術(shù)關(guān)鍵在于對于骨架材料壓實(shí)密度的控制和浸漬合金的選擇，浸漬燒結(jié)爐可采用普通箱式電阻爐或H2保護(hù)燒結(jié)爐

7、。,二、浸漬法,井式爐-無壓浸漬法,四、電火花燒結(jié)法,電火花燒結(jié)是一種活化的熱壓燒結(jié)方式，由于在燒結(jié)過程中粉末顆粒間的放電可以擊穿粉末顆粒表面的氧化膜，從而使燒結(jié)易于進(jìn)行，其脈沖式加熱方式，可以降低高溫對于金剛石的影響，并減少金剛石的熱損耗，因此是一種比較先進(jìn)的燒結(jié)方法。,第三節(jié) 金剛石工具用胎體,金剛石工具應(yīng)用日趨廣泛，對胎體的性能要求也干差萬別，為了滿足對胎體不同性能的需求，金剛石工具已發(fā)展了如下三種胎體： 金屬胎體系列， 非金屬胎體系列， 改性胎體介于兩者之間的系列。,一金屬胎體,(1)銅基胎體。以純銅或663青銅為主胎體較軟適用于切割玉石等材料的切割鋸片。 (2)鐵基胎體。包括純鐵基或

8、鑄鐵基胎體。純鐵基胎體適用面較大，主要用于鉆頭、鋸片和磨頭等工具；鑄鐵基胎體主要用于砂輪或磨輪的制造。其特點(diǎn)是材料豐富、價格低、性能獨(dú)特。 (3) 鈷基胎體。主要用于切割硬質(zhì)花崗巖石材的大、小切割鋸片，鉆進(jìn)特種材質(zhì)如陶瓷、鐵氧體等的鉆頭。這種胎體的優(yōu)點(diǎn)是綜合性能好，對金剛石的粘結(jié)性能好，特別是切割石材的適應(yīng)性強(qiáng)。但制造成本高。 (4) 鎳基胎體。其性能介于鐵基與鈷基之間，胎體的力學(xué)性能，尤其是韌性較高，適宜于制造各種金剛石工具 (5)鎢基胎體。鎢基胎體包括以鎢、WC或W2C占主要成分的胎體。由于胎體中含有大量的鎢、WC、W2C，因此、胎體具有較高的硬度，較強(qiáng)的耐磨性和抗沖蝕能力。適宜于制造工作

9、條件惡劣的各種鉆頭、擴(kuò)孔器、磨輥和磨盤等。,這些胎體之間并沒有嚴(yán)格的界限，大多數(shù)情況下，是兩種或多種金屬或合金粉末的組合胎體。有時為了得到某種特殊性能，還要在胎體內(nèi)添加其他金屬、合金和非金屬等。,二、非金屬胎體 非金屬胎體包括： 樹脂結(jié)合劑胎體 陶瓷結(jié)合劑胎體 橡膠結(jié)合劑胎體。,第四節(jié) 金屬元素在胎體中的作用,1、金剛石工具的胎體應(yīng)具有一定的硬度、強(qiáng)度、抗沖擊韌性和耐磨性，使之與巖石相適應(yīng)。 2、同時胎體還應(yīng)能夠牢固地包鑲住金剛石，并能使金剛石很好地裸露出胎體表面進(jìn)行破巖工作。 3、在工作狀態(tài)下，胎體與金剛石的磨損速率要適應(yīng)，即要保證金剛石有良好的自銳性，同時胎體又不能磨蝕太快，以防止金剛石得

10、不到足夠的支撐而過早地剝落。 4、組成胎體的金屬粉末對金剛石的侵蝕作用要小，這些粉末在燒結(jié)過程中相互作用，不會形成性能低劣的致密體。 5、而作為粘結(jié)材料的金屬或合金，則應(yīng)能夠浸潤并粘結(jié)骨架材料和金剛石。 關(guān)于金屬元素在胎體中的作用已經(jīng)進(jìn)行過許多研究，也獲得了不少成果，歸納起來可以定性地簡單分述如下：,(1)wc和鎢。 由于wc和鎢都具有相當(dāng)高的熔點(diǎn)(Twc=27200C，Tw=34100C)、硬度和彈性模量,易于被銅及其合金以及鎳、鐵、鈷等金屬浸潤粘結(jié),持別是鈷能夠完全浸潤wc。形成良好的wc-Co系硬質(zhì)合金。wc和鎢在胎體中的作用是提高胎體的強(qiáng)度和耐磨性。,(2)銅及其合金 主要是純銅和66

11、3青銅，由于熔點(diǎn)較低，對制造金剛石工具十分有益，廣泛地用作粘結(jié)劑。銅的力學(xué)性能不高，使用不同的制粉方法可以獲得不同的粉末形狀，其中電解銅粉呈樹枝海綿狀，具有良好的成形性，極適宜于冷壓燒結(jié)制品。,(3)鐵、鈷、鎳 其熔點(diǎn)介于上述兩種粉末之間，性能也介于二者之間，定性地說，這三種元素都有改善胎體性能的作用。其中：鐵主要提高抗磨性，鈷提高切削性，鎳提高胎體的抗彎強(qiáng)度。,(4)錳 作為一種良好的脫氧劑,在燒結(jié)過程中可降低胎體中的氧含量,其作用包括兩個方面:一是可直接與胎體粉末顆粒吸附的氧氣反應(yīng),形成MnO2,二是可直接還原諸如鐵、鉻、銅和鎳表面的氧化膜,通過置換反應(yīng)、活化鐵、鈷、銅和鎳的表面,從而促進(jìn)

12、燒結(jié),顯著提高胎體的強(qiáng)度和耐磨性能。除此之外,錳與銅、鋅可形成錳黃銅,使燒結(jié)溫度降低。,(5)鈦和鉻 鈦和鉻作為碳化物形成元素在胎體中的作用較為復(fù)雜,所作的研究工作也比較多,本節(jié)重點(diǎn)介紹在Co-Cu系胎體中鈦和鉻的作用。主要是通過提高粘結(jié)能力提高胎體的強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度,一、鉻對胎體材料性能的影響,鉻是一種強(qiáng)碳化物形成元素。在銅基合金中添加少量鉻可以降低銅基合金對金剛石的浸潤角，并提高銅基合金對金剛石的粘結(jié)強(qiáng)度。 在鈷基胎體材料中添加碳化物形成元素的研究較少，表-1給出了鉻對鈷基胎體材料性能及含金剛石胎體材料性能的影響。加入1wtCr胎體材料的抗彎強(qiáng)度明顯提高,超過1wt%Cr抗彎強(qiáng)度略有下降，但

13、仍比不加鉻高，為了研究鉻對胎體材料和金剛石之間粘結(jié)性能的影響，制備了金剛石濃度為35的試樣(每cm3胎體含金剛石4.4克拉時的濃度定義為100)。試驗(yàn)結(jié)果表明，含金剛石胎體材料的抗彎強(qiáng)度(用dia表示)隨鉻含量增加而提高，近似呈線性關(guān)系。,表-1鉻對鈷基胎體材料性能的影響。,可見，鉻的加入對鈷基胎體有強(qiáng)化作用，1的鉻含量，效果最佳。繼續(xù)增加鉻含量，強(qiáng)度略有下降，但仍比無鉻的鈷基胎體材料高，當(dāng)含4Cr時，仍比不含鉻的胎體材料高7.9。鉻在鈷中有很大的固溶度，鈷基胎體材料抗彎強(qiáng)度的提高顯然與鉻的固溶強(qiáng)化有關(guān)。然而，由于熱壓時間比較短，加入的鉻不能完全溶于鈷，這是鉻含量超過1時抗彎強(qiáng)度略有降低的原因

14、。圖4-2為含3Cr的鈷基胎體材料的斷口形貌，其中的近圓形顆粒為鉻。 從表4-1可以看出，當(dāng)Cr含量0%增加4%時，含金剛石胎體材料的抗彎強(qiáng)度從801MPa提高到923.1MPa，提高了15，而不含金剛石胎體材料的抗彎強(qiáng)度只提高了7.9，顯然這是由于鉻的加入改善了胎體材料對于金剛石的粘結(jié)性能的結(jié)果。,圖4-3a是含金剛石胎塊的二次電子像，黑色部分為金剛石，灰白部分為胎體。圖4-3b,c分別為胎體材料與金剛石界面處的 鉻的面分布和線分布， 明顯可見鉻在金剛石 和胎體界面上的富集。,鉻能否在熱壓條件下與金剛石反應(yīng)，在含3%Cr的胎體中能否形成相應(yīng)的碳化物，難以用X-射線衍射方法檢測出來；為了證實(shí)在

15、熱壓條件下碳化物的形成，對純鉻胎體與含金剛石的燒結(jié)試樣進(jìn)行了x-射線衍射分析，其結(jié)果示于圖4-4。由圖4-4可見，衍射譜中出現(xiàn)了Cr7C3和Cr3C2碳化物，這就證明了金剛石表面生成了碳化物，實(shí)現(xiàn)了金剛石表面金屬化；改善了胎體材料對于金剛石的浸潤和粘結(jié)。,金剛石表面X射線衍射光譜,圖4-5是含鉻的鈷基胎體材料試樣斷口中的金剛石和胎體的粘結(jié)形貌，圖4-5a是金剛石與胎體材料的界面形貌。圖4-5b則是金剛石表面粘有鈷基胎體材料的形貌和鈷的線分布，可以看到金剛石表面被胎體材料所覆蓋。,在Co-Cu系胎體合金中，添加鉻、鈦和氫化鈦對胎體性能的影響，其結(jié)果示于表4-2。表4-2列出了純胎體材料的抗彎強(qiáng)度

16、和含金剛石胎體材料的抗彎強(qiáng)度dia 、硬度(HRC)、耐磨性M及切削比Q。從表4-2可見，鉻、鈦和TiH2對胎體性能的影響是不同的。,二、鈦或氫化鈦對胎體性能的影響,對于鉻和TiH2添加劑，雖可改善胎體材料對金剛石的粘結(jié)，但含金剛石的胎塊的抗彎強(qiáng)度仍低于無金剛石胎塊的抗彎強(qiáng)度。這同在鈷基胎體材料中加入鉻的結(jié)果相似。對于Ti+Al添加劑，含金剛石胎體材料的抗彎強(qiáng)度要比純胎體材料的高，可以認(rèn)為這是由于鋁和鈦的同時加入，促進(jìn)了鈦與金剛石在熱壓時的反應(yīng)，鋁在660.37形成液相，在900時形成含1Ti的鋁基合金或AI-Ti合金固液體。熱壓溫度通常在900950，金剛石可以和含鈦液相合金廣泛接觸，加速了

17、鈦和金剛石的反應(yīng)，在金剛石表面形成碳化物層。從而改善了胎體材料對于金剛石的浸潤和粘結(jié)。,圖4-7是鈦、鋁、金剛石熱壓試樣的x射線衍射結(jié)果，表明了碳化物Ti3AlC的存在。 含金剛石胎體材料斷口的波譜分析表明、鈦在金剛石表面富集。,圖4-8a是二次電子像，右上黑色部分為金剛石，左下灰白部分為胎體。圖4-8b為鈦的面分布。圖4-9是含鈦、鋁的胎體合金與金剛石粘結(jié)形貌照片。,圖4-9a是斷口中的金剛石形貌，可見粘結(jié)很好。圖4-9b是胎體與金剛石的界面形貌，金剛石表面被一薄層胎體材料覆蓋，還可發(fā)現(xiàn)覆蓋層被撕裂的裂紋,綜上所述，可以認(rèn)為，鈦、鉻在胎體中的主要作用是通過改善胎體與金剛石的浸潤粘結(jié)性能來提高

18、胎體性能，而且鈦、鉻還可對胎體本身有一定的強(qiáng)化作用。,X射線物相分析基礎(chǔ),x射線的研究證明，一切晶體，不論它們的外形如何，其內(nèi)部原子總是構(gòu)成某種確定形式的“花樣”，而且這些“花樣”都在三維空間成調(diào)期性重復(fù)排列?；ú忌系膱D案就是某種花樣在平面內(nèi)成周期性重復(fù)排列的一個例子。,晶胞 在晶體結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)于空間格子中體積為最小(不考慮其對稱性是否與整個結(jié)構(gòu)的對稱相符)的平行六面體范圍，稱之為一個初基晶胞。初基晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的最小組成單位，相當(dāng)于前面所述的基本花樣。,根據(jù)晶體對x射線的衍射特征衍射線的方向及其強(qiáng)度，來鑒定結(jié)晶物質(zhì)之物相的方法，就是X射線物相分析法。絕大多數(shù)礦物都是結(jié)晶物質(zhì)，因此X射線物相分

19、析法也是鑒定礦物的重要手段之一。 每一種結(jié)晶物質(zhì)(包括晶質(zhì)礦物)各自都有自己獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。沒有任何兩種結(jié)晶物質(zhì)，它們的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)的種類和質(zhì)點(diǎn)在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，當(dāng)X射線通過晶體時，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，它們的特征可以用各個反射面網(wǎng)的面網(wǎng)間距值d和反射線的相對強(qiáng)度I/I1來表征。其中面網(wǎng)間距值d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對強(qiáng)度I/I1則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)， 所以，任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和I/I1是其晶體結(jié)構(gòu)的必然反映，因而可以根據(jù)它們來鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。,衍射峰和衍射強(qiáng)度： 表征晶體衍射特點(diǎn)的要素，除了衍射線的方向(一般用

20、衍射角2來表征)而外，另一個就是衍射線的強(qiáng)度 I。 通常所考慮的衍射強(qiáng)度都是相對強(qiáng)它是使每條衍射線的強(qiáng)度均與選定的某個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較而得出的相對比值。 如果以衍射強(qiáng)度I對衍射角2作強(qiáng)度分布曲線，則表現(xiàn)為如圖2-17所示形式的衍射峰。所以一條衍射線總有相當(dāng)?shù)膶挾取Ｄ骋谎苌渚€的總強(qiáng)度，相當(dāng)于其衍射峰的面積(圖2-17中的陰影部分),金屬粉末的制備,在許多金剛石工具材料中都要用到粉末，包括純金屬、合金以及金屬的化合物等，這些粉末的制取方法很多，主要包括： 1、還原法 2、霧化法 3、機(jī)械粉碎法 4、羥基法 5、電解法 不同的方法決定了所制取粉末的顆粒大小、形狀、松裝密度、化學(xué)成分、壓制性和燒結(jié)性等，同

21、時不同的制粉方法對所制取粉末的成本也有很大影響,MeO+X=Me+XO,凡是對氧的親和力比被還原的金屬對氧的親合力大的物質(zhì)，都能作該金屬氧化物的還原劑。 許多金屬的氧化物可以在一定溫度下被碳還原，用固體碳還原鐵的氧化物是還原法生產(chǎn)金屬粉末的一個典型例子。 在一定條件下氫可以還原銅、鐵、鎳、鈷、鎢等金屬的氧化物。,一、還原法 是用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來生產(chǎn)金屬粉末的一種方法。還原劑及被還原物可呈固態(tài)、氣態(tài)及液態(tài)。,二、霧化法,霧化法就是將液體破碎成為細(xì)小液滴。 任何能形成液體的材料都可進(jìn)行霧化。 借助高壓水流或氣流沖擊來破碎液流分別稱為“水霧化”或“氣霧化”，也常常稱為“二流霧化”。 除了

22、二流霧化法之外，還有離心霧化、真空霧化、超聲霧化等霧化法。,水霧化粉末的形狀一般是十分不規(guī)則的,并且表面的氧含量較高；氣霧化粉末的形狀一般較接近于球形或圓形。若是用惰性氣體霧化，通常氧含量較低，由于氣霧化法生產(chǎn)的粉末形狀接近球形，其壓制性較差(壓坯強(qiáng)度較低)。 霧化法可以用來制取鉛、錫、鋁、鋅、銅、鎳、鐵等金屬粉末，也可以制取黃銅、青銅、合金鋼、高速鋼、不銹鋼以及高溫合金等預(yù)合金粉末。,二流霧化的過程(以氣霧化為例)如下： 第一階段：由于在液體表面產(chǎn)生細(xì)小擾動而形成波動； 第二階段：在第一階段的擾動中產(chǎn)生的剪切力使波形碎裂，同時形成條帶。 第三階段：將條帶破碎成液滴(一次霧化)，當(dāng)表面張力大和

23、冷卻速度低時，促使形成規(guī)則顆粒形狀： 當(dāng)表面張力小和冷卻速率高時，有利于形成不規(guī)則的顆粒形狀。 第四階段：液滴和波的碎片進(jìn)一步變形和細(xì)化成較小的顆粒(二次霧化)。 第五階段：顆粒的碰撞和聚合。,三、機(jī)械粉碎法,機(jī)械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬或合金機(jī)械地粉碎成粉末。 (一)機(jī)械研磨 機(jī)械研磨既是一種制粉方法，又是一種重要的補(bǔ)充工序(混合）在機(jī)械研磨時，有四種力作用于顆粒材料上：沖擊、摩擦、剪切以及壓縮。 當(dāng)球磨筒轉(zhuǎn)動時，球磨筒內(nèi)的球體運(yùn)動可能有以下幾種情況： (1)滑動。如果球磨機(jī)的載荷和轉(zhuǎn)速都不大，在圓筒轉(zhuǎn)動時，就只會發(fā)生研磨體的滑動。在這種情況下，球體幾乎沒有攪動作用，物料的

24、研磨只發(fā)生在圓筒壁和球體的表面。 (2)滾動。在載荷較大轉(zhuǎn)速較低時，物料隨圓筒壁一起上升并沿傾斜面滾下，在滾動過程中，當(dāng)球體和物料相互摩擦?xí)r，就被研磨破碎。,(3)拋落。隨轉(zhuǎn)速提高，球體在離心力及摩擦力作用下隨筒壁上升到一定高度后又在重力作用落下，在這種情況下，物料受到球體的沖擊作用。 (4）臨界狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速提高到臨界轉(zhuǎn)速后，球體受到的離心力大于重力，一直緊貼在圓筒壁上，以致不能躍落，而是隨圓筒一 起轉(zhuǎn)動，這時無研磨作用。 臨界轉(zhuǎn)速n與球磨筒的直徑D有關(guān) nc=42.4/D1/2,滾動和拋落是最有效的研磨方法，欲使球體起沖擊作用圓筒轉(zhuǎn)速應(yīng)為：0.70.75nc。欲使球體要求在滾動時，圓筒轉(zhuǎn)速為

25、0.6nc。 以研磨為目的時，球料比為3：1，裝填系數(shù)為0.40.5，機(jī)械研磨作為一種制粉方法適用于脆性材料，如金剛石，立方氮化硼、硅、硼及某些金屬和合金等。,(二)冷氣流粉碎,利用高速高壓的氣流帶著較粗的顆粒，通過噴嘴轟擊在擊碎室的靶子，壓力從高壓(約7MPa)降到大氣壓，發(fā)生絕熱膨脹，使擊碎靶室的溫度降低室溫以下，甚至零度以下，冷卻了的顆粒被粉碎，氣流壓力越大制得的顆粒就越細(xì)。,四、羥基法,羥基法是在一定條件下熱離解羥基物制取粉末的一種方法。 金屬羥基物是在特定的壓力和溫度下，使一氧化碳通過海綿金屬制得的； Me+nCO=Me(CO)n 例如生成Fe或Ni的羥基物，這兩種金屬羥基物受熱都發(fā)

26、生離解并再次生成金屬和CO,CO可被循環(huán)使用，反應(yīng)式為： Fe(CO)5 Fe十5CO Ni(CO)4Ni+4CO,在常壓下，使羥基化合物蒸汽 在加熱空間中沸騰的方法，可制取粉末。將粉末進(jìn)行收集、過篩、研磨，隨后在氫氣中進(jìn)行退火。 粉末的化學(xué)純度很高(99.5%)，其主要雜質(zhì)是碳、氮和氧，通常羥基鐵粉呈球形，并且很細(xì)(10m)；羥基鎳粉通常形狀很不規(guī)則，并已是多孔性的，還很細(xì)。,五、電解法,1. 電解制粉的方法可以分為： 水溶液電解、 有機(jī)電解質(zhì)電解、 熔鹽電解等。 用的較多的是水溶液電解和熔鹽電解，而熔鹽電解主要用于制取一些稀有難熔金屬粉末。水溶液電解可以生產(chǎn)銅、鎳、鐵、銀、鉛、鉻、錳等金屬

27、粉末，在一定條件下，水溶液電解可以使幾種元素同時沉積而制得Fe-Ni、Fe-Cr等合金粉末。 從制得的粉末特性來看，電解法有提純的過程。同時所制得的粉末較純；同時，電解法制取的粉末一般為樹枝狀，壓制性較好；電解法制取的粉末粒度也易于控制。,用電解法制取金屬粉末過程的基本原理,當(dāng)在溶液或熔鹽中通入直流電時，金屬化合物的水溶液或熔鹽發(fā)生分解。金屬粉末沉積的實(shí)質(zhì)是金屬離子在陰極放電。 當(dāng)電解質(zhì)溶液通入直流電后產(chǎn)生了正負(fù)離子的遷移正離子移向陰極，在陰極上放電，發(fā)生還原反應(yīng)，并在陰極上析出還原產(chǎn)物；負(fù)離子移向陽極，在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，并析出氧化產(chǎn)物。例如，在水溶液中電解銅粉時. 在陽極：主要是銅失去電

28、子變成離子而進(jìn)入溶液 Cu-2e=Cu2+ 2OH-2e=H2O十(12)O 2 在陰極：主要是銅離子放電而析出金屬 Cu2+2e=Cu 2H+2e=H2,電解過程中所通過的電量與所析出的物質(zhì)量之間的關(guān)系 可以通過法拉弟定律得出： m=qIt I電流強(qiáng)度， t 電解時間， q電化當(dāng)量， M電解時析出的物質(zhì)數(shù)量，g。 電化當(dāng)量 qw(96500n) 式 中： W-原子量： n原于價； 96500法拉弟常數(shù)，庫侖，等于26.8A.h。 在電解制粉時，高的電流密度及低的金屬離子濃度是不可缺少的條件。否則，將得到致密沉積物與松散粉末的混合物，或致密沉積物。,第六節(jié) 金剛石表面改性,由于金剛石幾乎與所有

29、金屬或合金之間都有較高的界面能，因此幾乎不能為所有的金屬或合金浸潤和粘結(jié)，因此，如何改善與提高金屬或合金胎體對于金剛石的把持力已成為金剛石工具制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。提高金剛石與金屬間粘結(jié)強(qiáng)度的方法很多，主要有: 金剛石表面金屬化、 熱處理、 電鍍衣、 化學(xué)處理。,一、金剛石表面金屬化,所謂金剛石表面金屬化是指：利用電鍍、化學(xué)鍍、粉末冶金、濺鍍、蒸鍍、熱噴涂等工藝及設(shè)備，在金剛石表面形成金屬、合金、金屬碳化物或它們的混合物層，使金剛石表層具有金屬的特性。 嚴(yán)格地講，金剛石表面金屬化并不是簡單地在金剛石表面鍍覆金屬衣，而是使鍍層與金剛石界面之間實(shí)現(xiàn)有機(jī)地結(jié)合。簡單地說就是，金剛石表面與鍍層之間必須發(fā)

30、生化學(xué)反應(yīng)，形成碳化物的過渡層，這樣才能夠保證在加熱燒結(jié)過程中。通過金剛石的鍍膜對于金剛石表面碳化物層的浸潤，而實(shí)現(xiàn)對于金剛石的粘結(jié)這是十分重要的，這才是真正的表面金屬化。,表面金屬化的金剛石通常有兩種：,(1)真空沉積或等離子噴涂鍍鈦，這項(xiàng)技術(shù)已得到較為廣泛的應(yīng)用，由于噴鍍過程中溫度較高，附著于金剛石表面上的鈦離子可與金剛石表面的碳原了直接接觸并發(fā)生反應(yīng)，并在較短的時間內(nèi)在金剛石表面形成一層從幾個微米到十幾個微米的TiC層。將具有TiC過渡層的金剛石鍍鎳即成為真正的表面金屬化金剛石。這種金剛石在不同的工藝條件下可以與各種胎體材料實(shí)現(xiàn)良好的粘結(jié)。,(2)低溫電鍍法鍍Co-w- C。利用化學(xué)鍍，在金剛石表面鍍一層極薄的Co-w- C